Вплив режиму короткого замикання в тяговій мережі постійного струму на перепал контактного проводу Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

електоопостачання / оо\л/ег Бивв!

УДК 621.332.3:621.311

П. е. МИХАЛ1ЧЕНКО (ДНУЗТ)

Днтропетровський нацюнальний ушверситет зал1зничного транспорту ¡меш академка В. Лазаряна, кафедра «Електротехшки та електромехашки», вул. Лазаряна 2, м. Днтропетровськ, 49010, Украша, тел.: +38(056)373-15-37, ел. пошта: т1Ь)а [email protected]

ВПЛИВ РЕЖИМУ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В ТЯГОВ1Й МЕРЕЖ1 ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ НА ПЕРЕПАЛ КОНТАКТНОГО ПРОВОДУ

Вступ

Ця робота е продовженням 1 розвитком дос-лщжень [1-5] авар ¡иного режиму короткого за-микання (КЗ) в пристроях системи електрично! тяги (СЕТ) поел иного струму.

Режим КЗ в тяговш мережч (ТМ) з електро-рухомим складом (ЕРС) е найбшып небезпеч-ним з енергетично! точки зору аваршним режимом в дослщжуванш систем! електротяги. Цей режим супроводжуеться р1зким зниженням напруги на струмоприймач1 ЕРС, що рухаеться, в результата чого його тягов1 двигуни (ТЕД) переходять в генераторний режим. Необхщною умовою виникнення цього режиму е те, щоб результуюча генераторна проти-е.р.с. ТЕД пе-ревищувала напругу на струмоприймачь 1мов1-ршеть виникнення режиму КЗ в ТМ 1 максима-льш значения генераторних стру\пв залежать вщ схеми живлення (консольна, двостороння, вузлова чи паралельна) I параметр!в ТМ, а та-кож взаемного розташування КЗ 1 ЕРС на фще-ршй зош.

Електрорухомий склад в генераторному режим! являе собою рухоме джерело електроене-ргн (джерело струму), яке, поряд м стацюнар-ними ¡снуючими тяговими шдстанщями (ТП), живить мюце КЗ в ТМ. ГПд час цього авар1 иного режиму до мюця КЗ вщ ЕРС передаеться уся електромагштна енерпя, що була накопичена в магштнш систем! ТЕД до режиму КЗ. Отже, генеруючий ЕРС, по сута, являе собою додатко-

ву рухому ТП, струм яко1 е причиною терм1ч-них пошкоджень контактного проводу (КП). Кр1м цього, вони викликають пошкодження також юкрових промгжкчв у кол1 заземления опор ТМ. Часта також випадки пошкодження апаратури на самому генеруючому ЕРС. Тому дослщження зазначеного режиму к як результат, впливу генераторних стру\пв на перепал КП, е важливою актуальною задачею при оцш-щ надшноста експлуатацн СЕТ [6].

Математична модель процеав у режим1 КЗ

Згщно з [6], процеси, що виникають при переход! ТЕД в момент КЗ в ТМ в генераторний режим, достатньо складш 1 практично мало до-слщжеш. I тому в публшащях [7, 8] наведено лише ор1ентовно характери змши (1 лише) напруги на струмоприймач11 фщерш струми; ¡нгш величини не вивчались. Тому дат методом ма-тематичного чисельного моделювання досл1-димо законо\прносп впливу режиму КЗ в ТМ на процеси генераторних струм1в й тим самим на перепал КП.

На рис. 1 1 2 представлеш схеми замщення вс1е! СЕТ у рсжи\п КЗ 1 вщповщно схеми зам1-щення групи ТЕД ЕРС при повному 1 послаб-леному збудженнях. Позначення елементав на цих схемах таю ж як 1 в роботах [1-5].

Повна математична модель процеав в режим! КЗ в ТМ, згщно рис. 1 1 2, являе собою таку систему р1внянь:

(%П1 + КПС\ +^ЗР1 +%1 +Яр1 +^о1)'г1 +(^ТТ1 +^ЗР1 + + К\т\Л -г1ш1-1 +

+Аш1-1-Т— + к\ш\-2 'г1ш1-2 +Аш1-2-Т— = АПСЬ

(1)

Л

Л

(%П2 + ЛПС2 + ЛЗР2 + КК2 + КР2 + Ко2 )' г2 + (¿ТТ2 + ¿ЗР2 + ¿К2 + ¿Р2 + ¿о2 + Л1ш2-1 ' г'пн2-1 + +кш2-\ ^1П)2"1 + К1ш2-2 ' г1ш2-2 + кш2-2 + (ККек + КРек )' 1ек + 1Кек = Е1\С2

(2)

Ж

Л

Ж

© Михатченко П. С., 2013

електоопостачання / оо\л/ег Биос!

¿"Рв1-1 ¿Йцп1-1 _ рв 1-1 • рв 1 -1 + ^фв1-1 —^--^ш1-1 • гпн1-1 - Чш1-1 —^— -

¿йрв!-2 ^¡ш1-2 _ п. лрв1-2 'грв1-2 + '-рв 1 -2—---'мш 1 -2 "г1ш1-2 ~ У1ш1-2—~—- и-

¿Йрв2-1 ^¡ш2-1 _ п. лрв2-1' грв2-1 + ' рв2-1 —---'Мш2-1 ' '¡ш2-1 ~ Чш2-1 —~— -

¿Йрв2-2 ^¡ш2-2 _ п. лрв2-2 ' грв2-2 + ' рв2-2 —~--УЧш2-2 ' '¡ш2-2 ~ Чш2-2 —Т— -

с1' а- а (4 ) 4

ек + Яр ек) 'ек •('31 +г32) + 2/,0Зю3 37 X = СюХФЬ

Л

£Й

+ ^ + 4«Я • гЯ2 + ^ + 2^3 •(г33+г34) + 2/'0ЗюЗ-Г X фк =СюХ Фк

а

и=1 У

Г 8 Л

*=1 (4)

л

л

гя1 - гз1 - гш1 = 0; гя1 ~~ гз2 — гш2 =0; гя2 _гзЗ ~гшЗ =0; гя2 ~ гз4 ~ гш4 = 0;_

(5)

'31 -<ц\ + 'в\1 =0:

г34 -гц8 +гвх8 =°;

(6)

**\к=5 ; £=5

г1 ~грв1-1 -г1ш1-1 =0; Ч ~ грв 1 -2 ~г1ш1-2 =0; г2 ~грв2-1 ~г1ш2-1 =0; г2 - грв2-2 - г1ш2-2 = 0;

^вх-зр • гвх1 + ОЗ^З —— = 0

-зр

^вх-зр • гвх8 + °3М3 —— = 0;

>(8) гя1 + гя2 ~Ч ~г2 =0; (9)

*и1 = /(ф1('));

^8 = /(Ф8(0)-

(7)

(10)

1 1_рв1-1

Ьшм

1 1 ШВ1 ШВ2

' |_тт1

С)

Ко 1.0

ТГРГ

ГТЕД 1 ГТЕД 3

ГТЕД2 ГТЕД 4

|к2

ТМ2

ТП2

Рис. 1. Схема замщення системы електрично! тяги постойного струму в рсжи\п КЗ в ТМ

© Михал1ченко П. е., 2013 2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 6. - 2013.

а) б)

Рис. 2. Схема замщення групи ТЕД ЕРС постшного струму: а - при послабленш збудження; б - при по-вному збудженш

В систем! (1)-(10) прийнята таю позначення: i?xni, Л-п с ~ в\1дш опори ТП; ITT1, ZTT2 - ¡ндук-тивноста обмоток тягових трансфор матор i в вщ-повщних ТП; R-n>\, /.-¡14. Z3P2 - активш опори та ¡ндуктивноста згладжуючих реактор1в bî-дпов!дних ТП; RK]. RK2, RKeK, LKU ZK2, LKeK - активы опори та ¡ндуктивноста КП вщповщних ДШЯНОК ТМ; Rpi, RP2, RpeK, I-\>\- I-\>2- LVeK - активш опори та ¡ндуктивноста рейок вщповщних дшя-нок ТМ; Roi, Ro2, L0i, Lo2 - активш опори та ш-дуктивноста вщсасуючих фщер1в вщповщних ТП; Rim, RpB, Zlin, ZpB - активш опори та ¡ндуктивносп ¡ндуктивних шунтав i розмагшчуючих витюв вщповщних ШВ шдстанцш; R,\. La - ак-тивний onip та ¡ндуктившсть обмотки якоря ТЕД (включно з додатковими полюсами i ком-пенсащйними обмотками); 11, - активний onip обмотки збудження ТЕД; р - юльюсть пар полюс ¡в ТЕД; сг3, со3 - коефщент розстювання та кшьюсть витюв обмотки збудження ТЕД; £псь Ецс2 ~ електрорушшш сили вщповщних ТП; i\, /'2 - струми фщер1в ТП; 71Ш, 7рв - струми у в1тках шдуктивного шунта та розмагшчуючого витка ШВ ТП; 7Я1, /'я2 - струми якор1в ТЕД; Ф1... Ф8 -основш магштш потоки вщповщних ТЕД; 7'з1... /34 - струми в обмотках збудження ТЕД; ieK - струм на дшянщ ТМ вщ ЕРС до точки КЗ; 4xi • • • ?вх8 - BHxpoBi струми в станин i вщповщних ТЕД; /ц1...7ц8 _ струми намагшчення вщповщ-них ТЕД.

Результати та анашз чисельних розрахункав

Чисельш розрахунки матсматично!' модел1 виконано методом Адамса, для таких рсжи\пв i припущень: живлення фщерних зон двосторон-не; працюючий на дктянщ електровоз - cepiï

ДЕ1; схема з'еднання ТЕД - «СП»; струм ТЕД ном¡нальний. 565 А; збудження ТЕД - повне i послаблене рпного ступеня; швидкчсть елект-ровозу визначаеться за електромехашчними характеристиками; вщстань м1ж ТП1 i 1112 -1=20 км; вщстань вщ точки КЗ до ТП1 - /1к=5 км; вщстань вщ ЕРС до точки КЗ - /ек=5 км. Значения необхщних для розрахунку парамет-piß приведет в роботах автора [1-5].

Характер змши отриманих в результата роз-рахунюв перехщних величин у режимах П31-П34 такий же, як i у рсжи\п повного збудження, але значения цих величин дещо шип. У режим! ПЗ на будь-яюй ступеш для схеми рис. 2, а на початку часового штервалу з\пни (0,12...0,15 с) спостер1гаеться менша швидюсть загасання Ф(0 (рис. 3), а, отже, i проти-е.р.с. Це пояснюеться тим, що струм у Komypi «обмотка збудження - шунтуюча вт<а». шдтримуючи Ф(0, в основному зменшуе ступшь його загасання за рахунок «розряду» шдуктивного шунта через обмотку збудження. Демпферуюча д\'л вихрових струм1в на основний пот ¡к невелика, осюльки зменшення власне Фтах i с1Ф/с11 обу-мовлюе i зменшення вихрових струм1в на ПЗ у nopi внянш з режимом повного збудження (рис. 4). В результата зазначеного в режимах ПЗ створюеться бшыпо! тривалоста i бшыпа р1зни-ця м1ж проти-е.р.с. ТЕД i напругою на струмо-приймачк що й обумовлюе бшып тривалий ге-нераторний струм i з бшыпим у 1,4...2,2 рази максимальним значениям (до 880 А на П34 проти 400 А на повному збуджеш) (рис. 5).

Ф, В6

потоку ТЕД в рсжи\п КЗ в тяговш мсрсж-i при pi3HOMy збуджеш ТЕД: 1 - ПП; 2 - П31; 3 - П32; 4-ПЗЗ; 5-П34

в ТЕД для умов рис. 3

© Михал1ченко П. С., 2013

електровозу для умов рис. 3

Як вщомо [6], ¿мов1ршсть 1 стушнь терм1ч-них пошкоджень (зокрема, термш перепалу КП) оцшюеться: кшькютю електрики О (ампер-секунд, 11), що пройшла в \iicLU КЗ при нещшь-ному (дуговому, вщкритай електричнш дуз1) контакта; кшькютю тепло во!' снсргп' Ж ( А2-с, /~7), що видшяеться в \iicni контакту, - при пильному (бездуговому) контакта. В таблищ вщповщно для дослщжених вище режим1в КЗ визначено: О,- (А-с) 1 Жк (А2-с) - загальш кшь-коста вщповщно електрики 1 тепло во!' снсргп'. що видшились в \iicni КЗ вщ ТП 1 генеруючого ЕРС; <2Т (А-с) 1 Жт (А2-с) - вщповщно кшькють електрики 1 тепло во!' снсргп'. що видшились лише вщ генеруючого ЕРС.

Таблиця

Енергетичш параметри генераторного Струму I Струму В 1041(1 КЗ

© Михал1ченко П. С., 2013

1з пор1вняння даних ще! таблиц! ¡з запозиче-ними з [6] граничними знгаченнями, за умов перепалу КП, термшу часу (рис. 82, [6]) його перепалу та кшькютю електрики (рис. 83, [6]) (/ О, випливае, що для перепалу проводу 2МФ-100 при струм1 1000 А достатньо 1154 А-с, при 2000 А - 769 А-с, при 3000 - 1077 А-с. Для проводу МФ-100 щ значения значно менпп. 1з по-р1вняння даних таблищ 1 рисунюв випливае та-кож таке: нав1ть на першш позицн П31 в точщ КЗ можливий перепал 1 обрив КП, а з пщви-щенням ступеня ПЗ кшькють електрики 1 вид\-леного тепла в точщ КЗ збшыпуеться, тим самим збшыпуеться ¿мов1ршсть руйнування ТМ. Частка кшькоста електрики вщ дп' генераторних струм1в складае 20...25%; з поглибленням послабления збудження вщеоткова частка впливу генеруючого ЕРС зменшуеться.

Результата приведеного вище аналпу вима-гають розробки метод ¡в [ засоб1в, яю перерива-ють або не допускають виникнення режиму генерацп. Ц1 засоби 1 методи повинш базува-тись виходячи ¿з основно! причини, яка обумо-влюе виникнення генераторного режиму, а са-ме, ¿з характеру 1 змши в чаа основного магш-тного потоку Ф(0, точшше, ¡з швидкюта с/Ф/с!/, яка значно менше швидкоста зменшен-ня напруги на струмоприймач1 с!(/с /Л . Тобто,

потр1бно пришвидшити процес загасання основного магштного потоку. Для цього в цш робота пропонуеться способ гасшня магштного поля з використанням запираючого дюда VI), ув1-мкненого послщовно з шунтуючим резистором (рис. 2, а). Цей метод був запропонований А. Л. Лазановським для обмеження генераторних струм1в на електровозах змшного струму серп ВЛ60 [9, 10]. Принцип дп тако! схеми по-лягае у наступному. При переход! ТЕД пщ час КЗ в генераторний режим шунтуюча вт<а заперта для генераторного струму, тому струм практично вщ самого початку авар ¡иного режиму змушений протакати по обмотщ збудження головних полюав: двигун веде себе як при повному збуджеш. Напрям цього струму зустр1чний до напрямку струму збудження, за-вдяки цьому вщбуваеться ¡нтснсивнс розмагш-чення двигуна \ величина генераторного струму зростае лише до невеликого значения.

Автором дано! робота створено математич-ну модель для перев1рки ефективноста робота вищезазначено! схеми (з вмиканням дюда, рис. 2, а) пщ час перехщного процесу в ЕРС постай-ного струму; прийнято, що дюд щеальний. Зп-дно методу миттевих схем, моделювання проводили в 4 етапи. На першому еташ граф¡чне

Стушнь ПЗ Юлыастч. електрики N. теплоти ПП П31 П32 пзз П34 ПЗЗ+УБ

А-с ю ю СП <м" о о\ о\ СП 'Ч 00 сп" гч оо" 00 гч

&=\ч№> А-с ю г- ос СП <М ос СП СП ос СП СП ^ ю СП

А2-с ю о 00 о ю ю сп" ю о сп^ «-Г 1л о ю ю о ю ю о

ЖТ = |/2 , А2-с о ю оС 1л о сп" 1л о СП 1л о г^ сп^ сп" 1л о «-Г о •Ч сп

го" <м ю <м ^ гч сп^ оо" сн^ о" гч ю

«-г о" сп^ ос г-«-г

представления системи тягового електропоста-чання nocTiиного струму в режим1 КЗ (рис. 1) доповнюемо схемою замщення групи двигушв (ГТЕД), представлешй на рис. 2, а. Система диференщальних р1внянь, що описуе електро-магштш процеси на першому еташ моделюван-ня, шчим не вщр1зняеться вщ системи (1)-(10). В момент досягнення струмом шунтуючо! в1тки значения р1вного 0 дюд запираеться i схема ГТЕД рис. 2, а змшюеться на схему рис. 2, б. Вщповщно для тако! схеми система р1внянь (1)-(10) дещо змшюеться. а саме, струм якоря про-тп<ае по обмотщ збудження 4=/я, а також /ш=0. Математичну модель розраховано для послабления збудження ПЗЗ.

На рис. 6 в однш систем! координат викона-но пор1вняння часових залежностей струму електровозу: при повному збуджеш; послабленi збудження ПЗЗ; послабленш збудження ПЗЗ з використанням запираючого дюда VD (дал1 таю схеми будемо позначати 1111, ПЗЗ, ПЗЗ+VD вщповщно). Пор1внюючи часов! залежноста генераторного струму електровоза, а також чи-сельш значения юлькосп електрики, яка гене-руеться в цих трьох випадках (таблиця), можна зробити висновок, що використання запираючого дюда у шунтуючш в1тщ значно полегшуе nepe6ir дослщжуваного авар ¡иного перехщного процесу. Кшьюсть електрики <2vd, яку генеруе електровоз 3i схемою ПЗЗ+VD, майже в 10 ра-ii в менше юлькосп електрики при роботi за схемою ПЗЗ, i навпъ менше, шж у cxcvii 1111. Тривалють генераторного режиму найменша для схеми ПЗЗ+VD, це можна пояснити тим,

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Михал1ченко П.£. Вплив режиму короткого замикання в тяговш мереж! постшного струму на перехадш електромагнггш процеси в електрорухо-мому с клад i / П.£. Михал1ченко, Т.М. Мщенко, М.О. Костш // Електротехшка i Електромехашка. -2010.-№4.-С. 63-66.

2. Михал1ченко П.£. Вплив пасивних (|)iльтр1 в на електромагштний стан в режим1 короткого замикання в систем! тягового електропостачання постшного струму/ П.£. Михал1ченко// Техшчна електро-динам1ка. Тематичний випуск. Силова електрошка та енергоефектившсть. - 2010. - Ч. 2 - С. 195-200.

3. Костин H.A. Математическое моделирование переходных аварийных электромагнитных процессов в системе электрической тяги постоянного тока. 1. Короткое замыкание без тяговой нагрузки/ H.A. Костин, П.Е. Михаличенко// Вюник ДПТа. - 2007. -Вип. 17,- С. 66-71.

4. Михал1ченко П.£. Математичне моделювання перехадних авар1йних електромагштних npouccie в систем! електрично! тяги постшного струму. 2. Ко-

що до виникнення КЗ магштне поле ТЕД вже було послаблено на 57%, а теля запирания дюда схема ГТЕД змшилася (рис. 2, б) ! процеси продовжили протпчати. як при 1111. Слщ зазна-чити, що також зменшилася в 6,4 рази юльюсть електрики, що проходить через точку КЗ, а тому практично малоймов1рно, що виникне пере-

пал КП.

Рис. 6. Часов! залежноси генераторного струму електровозу, при р!зних схемах збудження ТЕД: 1 - ПП; 2 - ПЗЗ+УБ; 3 - ПЗЗ

Висновки

1. Режим КЗ в ТМ е енергетично небезпеч-ним аваршним режимом для СЕТ постшного струму.

2. Схема послабления збудження ГТЕД з використанням запираючого дюда VD е доста-тньо д1евою для зменшення впливу генератор-них струм1в на ТМ; и можна застосовувати на ЕРС постшного струму з традищйною контак-торно-реостатною системою керування сер1ес-ними ТЕД.

REFERENCES

1. Mihalichenko P. E., Mishhenko T. M., Kostin M. O. Vplyv rezhymu korotkoho zamykannya v tyahovij merezhi postijnoho strumu na perexidni elektromahnitni procesy v elektroruxomomu skladi [The influence of the short circuit condition in the contact system on electromagnetic processes in direct current electric train] // Elektrotexnika i Elektromexanika - Sci-Tech. magazine «Electrical Engineering & Electromechanics», 2010, No. 4, pp. 63-66.

2. Mihalichenko, P.E. Vplyv pasyvnyx filtriv na elektromahnitnyj stan v rezhymi korotkoho zamykan-nya v systemi tyahovoho elektropostachannya postijnoho strumu [Influence passive filter on electromagnetic condition in mode of the short circuit in system of tractive supply of the direct current] // Texnichna elektrodyna-mika. Tern. vyp. «Sylova elektronika ta enerhoefektyvnist» - Sci-Tech, magazine Technical electrodynamics. «Power electronics & efficiency», 2010, Ch. 2, pp. 195-200.

3. Kostin, N.A., Mihalichenko P. E. Matematiches-koe modelirovanie perehodnyih avariynyih elektro-

© Мюшпченко П. С., 2013

електропостачання

m

lower supph

роткое замыкание з електрорухомим складом/ П. С. Михахаченко// Вюник ДПТа. - 2010. - Вип. 32. - С. 175-179.

5. Михал1ченко П.С. Математичне моделювання перехщних аваршних електромагштних npoucciB в систем! слсктричнсн тяги постшного струму/ П. С. Ми\ал1чснко. М.О. Костш// Техшчна електро-динамжа. Тематичний випуск. Проблеми су час hoï електротехнпси. - 2008. - Ч. 2 - С. 31-35.

6. Сердииов С.М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог/ С.М. Сердинов. - М.: Транспорт, 1985.-301 с.

7. Векслер М.И. Защита тяговой сети постоянного тока от токов короткого замыкания/ М. И. Векслер. - М.: Транспорт, 1976. - 120 с.

8. Пупынин В.Н. Защита и отключение тяговых сетей в аварийных режимах: диссертация доктора технических наук [Текст] / В. Н. Пупынин- М.: МИИТ, 1986. -340 с.

9. Тушканов, Б. А. Магистральные электровозы переменного тока BJ160 и BJ180/ Б.А. Тушканов, В.И. Бочаров, В.В. Крузе- М.: Транспорт, 1964. -555 с.

Ю.Марченко Ю.В. Обслуживание и эксплуата-цияэлектровозов BJ160 и BJ180/ Ю.В. Марченко.-М.: Транспорт, 1965. - 255 с.

Надшшла до друку 25.03.2013.

Ключов1 слова: система електрично!' тяги, елек-трорухомий склад, тяговий електричний двигун, ма-тематична модель, коротке замикання, обмотка збу-дження, кшьюсть електрики, мап-нтний noTiK, nepexi-дний процес, перехщний струм.

Внутршнш рецензент Каст in M. О.

magnitnyih protses-sov v sisteme elektricheskoy tyagi postoyannogo toka. 1. Korotkoe zamyikanie bez tyagovoy nagruzki [Mathematical simulation of transient emergency electromagnetic processes-owls in the system of the electric traction DC. 1. Short circuit without the traction load] // Visnyk DNUZT - News DNUZT, 2007, Vyp. 17, pp. 66-71

4. Mihalichenko P. E. Matematychne modelyu-vannya perexidnyx avarijnyx elektromahnitnyx procesiv v systemi elektrychnoyi tyahy postijnoho strumu. 2. Korotke zamykannya z elektroruxomym skladom [Mathematical simulation of transient emergency electromagnetic processes in the system of the electric traction DC. 2. Short circu with traction load] // Visnyk DNUZT - News DNUZT, 2010, Vyp. 32, pp. 175-179.

5. Mihalichenko P. E., Kostin M. O. Matematychne modelyuvannya perexidnyx avarijnyx elektromahnitnyx procesiv v systemi elektrychnoyi tyahy postijnoho strumu [Mathematical simulation of transient emergency electromagnetic processes in the system of the electric traction DC] // Texnichna elektrodynamika. Tem. vyp. «Problemy suchasnoyi elektrotexniky» -Technical electro-dynamics. Theme issue. Problems oj modern electrical engineering, 2008, Ch. 2, pp. 31-35.

6. Serdinov S. M. Povyishenie nadezhnosti ust-roystv elektrosnabzheniya elektrifitsirovannyih zheleznyih dorog [Increasing to reliability device supply of the electrified railways]. Moscow: Transport, 1985. 301 p.

7. Veksler M. I. Zaschita tyagovoy seti postoyannogo toka ot tokov korotkogo zamyikaniya [Protection of direct current traction network from short circuit currents]. Moscow: Transport, 1976. 120 p.

8. Pupyinin V.N. Zaschita i otklyuchenie tyagovyih setey v avariynyih rezhimah: thesis for a Doctor's degree [Protection and disabling traction networks in emergency modes]. Moscow: MIIT, 1986. 340 p.

9. Tushkanov B. A. , Bocharov V.I., Kruze V.V. Magistralnyie elektrovozyi peremennogo toka VL60 i VL80 [Mainline electric locomotives of alternating current VL60 and VL80], Moscow: Transport, 1964. 555 p.

10. Marchenko Y.V. Obsluzhivanie i ekspluatatsiya-elektrovozov VL60 i VL80 [Maintenance and operation of electric locomotives VL60 and VL80] Moscow: Transport, 1965. 255 p.

Зовншшш рецензент Саенко Ю. Л.

Дослщження аваршних режимт короткого замикання в систем! електричноТ тяги постшного струму \ до сьогодш е актуальною задачею. Цей режим супроводжуеться протканням надструмю \ е надзвичайно не-безпечним в такш потужнш системг Метою роботи е виявлення умов та мехашзму виникнення генератор-них струмт \ вщповщно розробка заходт щодо зменшення Тх впливу на проткання цього аваршного режиму. Дуже важливо оцшити величину \ тривал1сть генераторних струмт в уах режимах ведения електро-рухомого складу постшного струму. Особливо це стосуеться режимт ослабления поля, оскшьки в шунтую-чш в1тц1 обмотки збудження присутнш ¡ндуктивний елемент який накопичуе велику кшьюсть електромап-нтноТ енерги. ГИд час перехщного процесу ця енерпя вившьняеться через точку короткого замикання. При цьому збшьшуеться нагр1в елементш контактно!' мережг Дослщження короткого замикання в тяговш мереж1 при наявносп електровозт на фщернш зош було виконано шляхом математичного моделювання. Для цього було створено схему зам1щення розглядуваноТ системи \ для нет записано систему р1в-нянь електромагштного стану. За результатами моделювання було встановлено, що у випадку ведения по-Тзда при послабленому збуджеш кшьюсть електрики \ теплоти, що проткае через точку короткого замикання, не просто спричинить нагр1в контактного проводу, а викличе його мехашчне руйнування. Для уни-кнення такого негативного явища необхщно зменшити вплив ¡ндуктивного елементу шунтуючоТ вп"ки. Для виршення цю проблеми автором запропоновано використання запираючого дюда в цш в1тцг Використан-ня такого заходу дозволяв значно зменшити тривал1сть \ максимальне значения генераторного струму що видшяе електровоз постшного струму. Отже зменшуються пошкодження елементш контактно! мережг

© Михал1ченко П. е., 2013

т

УДК 621.332.3:621.311

П. Е. МИХАЛИЧЕНКО (ДНУЖТ)

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, кафедра «Электротехники и электромеханики», ул. Лазаряна 2, г. Днепропетровск, 49010, Украина, тел.: +38(056)373-15-37, эл. почта: ггЛИа [email protected]

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ПЕРЕЖОГ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА

Исследование аварийных режимов короткого замыкания в системе электрической тяги постоянного тока и сегодня актуально. Для этого режима характерно протекание сверхтоков и поэтому он является очень опасным для такой мощной системы. Целью работы является определение условий и механизма возникновения генераторных токов и как следствие разработка средств уменьшения их влияния на протекание аварийного процесса. Важно оценить значение и продолжительность генераторных токов в различных режимах ведения электроподвижного состава постоянного тока. Особенно это касается режимов ослабления поля, поскольку в шунтирующей ветви обмотки возбуждения присутствует индуктивный элемент. Этот элемент способен накапливать большое количество электромагнитной энергии. Во время переходного процесса эта энергия высвобождается через точку короткого замыкания. При этом увеличивается нагрев элементов контактной сети. Исследование короткого замыкания в тяговой сети при наличии электровозов на фидерной зоне было выполнено математическим моделированием. Для этого была создана схема замещения рассматриваемой системы и для нее записана система уравнений электромагнитного состояния. Результаты моделирования показали, что в случае ведения поезда при ослаблении возбуждения количество электричества и теплоты, которые протекают через точку короткого замыкания, не только нагревает контактный провод, но может даже вызвать его механическое разрушение. Чтобы не допустить этого, необходимо уменьшить влияние индуктивного элемента шунтирующей ветви. Для реализации этого средства предложено использовать запирающий диод в этой ветви. Это средство позволяет уменьшить продолжительность и максимальное значение генераторного тока, который выделяет электровоз постоянного тока. Таким образом, уменьшаются повреждения контактной сети.

Ключевые слова: система электрической тяги, электроподвижной состав, тяговый электрический двигатель, математическая модель, короткое замыкание, обмотка возбуждения, количество электричества, магнитный поток, переходный процесс, переходный ток.

Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Ac. V. Lazarian, Department of Electrical engineering and electromechanics, 2 Lazarian Street, Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine, tel.: +38(056)373-15-37, e-mail: miha [email protected]

IMPACT OF THE SHORT-CIRCUIT IN DC TRACTION NETWORK ON BURNED THROUGH THE CONTACT WIRES

Study of emergency short circuit in the system of electronic electric traction and DC relevant today. For this regime is characterized by a leak overcurrents and therefore it is very dangerous for such a powerful system. The aim of the work is the determination of the conditions and mechanism of occurrence of the generator current, and as a consequence of the development of the means of reducing their impact on the flow of accidention process. It is Important to assess the value and duration of the generator of the currents in a variety of modes of electric rolling stock permanent strength of the current. This especially concerns the mode of the weakening of the field, because in shunting branches of the field there is an inductive element. This element is able to accumulate a large amount of electromagnetic energy. During the transition process of this energy is released through the point of a short circuit. This increases the heating elements of the contact network. Study of the short circuit in traction network in the presence of electric locomotives on the feeder zone was performed mathematical modeling. For this scheme was set up replacement of the system and for it is written system of equations of the electromagnetic with standing. The simulation results have shown that in the case of a train when attenuation of excitation of the amount of electricity and heat, which flow through the point of the short-circuit not only heats the contact wire, but may even cause it to mechanical destruction. To prevent this, it is necessary to reduce the influence of inductive element shunting branches. For realization of this equipment offered to the use of barrier diode in this branch. This tool allows you to reduce to the duration and the maximum value of the generator current, which allocates the electric locomotive of direct current. Thus, the reduced damage the contact network.

Keywords: electric traction system, electric locomotive, electric traction motor, mathematical model, short circuit, excitation winding, quantity of electricity, magnetic flux, transient, transient current.

Внутренний рецензент Костин H. А. UDC 621.332.3:621.311 Р. Е. MIHALICHENKO (DNURT)

Внешний рецензент Саенко Ю. Л.

Internal reviewer Kostin N. А.

External reviewer Saenko U. L.

© Михгипченко П. €., 2013